﻿#pragma once
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 

// 封装 map 和 set

//说明
#if 0
// map 和 set 底层是红黑树实现
 // 封装的特点
     rb_tree_node --- > Key , Value 结构中 , Value 中存的值由上层决定
     map 存的是 pair<K,V> 值 
	 set 存的是 Key 值 
 // map 和 set 用的是同一棵红黑树 , 用模版实现 
#endif


#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

//红黑树涉及颜色 ,这里用一个枚举类型
enum Colour
{
	RED,
	BLACK
};

// 封装红黑树节点 , 节点中的值的类型由 Value 确定
template <class Value>
struct RBTreeNode
{
	//一个节点中包含的内容

	//节点值
	Value _kv;
	//
	RBTreeNode<Value>* _left;
	RBTreeNode<Value>* _right;
	RBTreeNode<Value>* _parent; // 用于向上更新
	Colour _col;

	//构造
	RBTreeNode(const Value& kv)
		:_kv(kv)
		, _left(nullptr)
		, _right(nullptr)
		, _parent(nullptr)
	{}

};


#if 0

  因为红黑树里面也是节点, 迭代器的 ++ 不会像天然指针一样直接走到下一个位置, 所以这里封装迭代器, 
  然后重载迭代器的相关内容来达到我们想要的效果
#endif
//迭代器的封装
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;
	typedef RBTreeNode<T> Node;
	//红黑树的节点的指针
	Node* _node;
	Node* __root; // 传根是应对 end-- ,从根开始找最右节点

	RBTreeIterator(Node* node , Node* root)
		:_node(node)
		,__root(root)
	{}


	//重载相关功能
	Self operator++()
	{
		//右树不为空 , 下一个节点就是右子树中的最左节点 , 即: 右子树中序的第一个
		if (_node->_right)
		{
			Node* leftMost = _node->_right;
			while (leftMost->_left)
			{
				leftMost = leftMost->_left;
			}

			//leftMost->left == nullptr -- 此时就是最左节点
			_node = leftMost;
		}
		else
		{
			//右树为空 , 下一个节点就是父亲为左孩子的那个祖先对应的节点
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;

			//这里注意 parent 可能走到根 , 不判空就空指针解引用了
			while (parent && cur == parent->_right)
			{
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}

			// cur == parent->_left --- > 即 : parent 就是要的值 
			_node = parent;
		}

		return *this;
	}

	Self operator--()
	{
		//这里 end-- 本来不进行处理就是减到空了 , 但库中是最右节点
		if (_node == nullptr) // end()
		{
			// --end()，特殊处理，走到中序最后一个结点，整棵树的最右结点
			Node* rightMost = __root; // 从根开始找最右节点
			while (rightMost && rightMost->_right)
			{
				rightMost = rightMost->_right;
			}

		  _node = rightMost;
		} 
		else if (_node->_left)
		{
			// 左子树不为空，中序左子树最后⼀个
			Node* rightMost = _node->_left;
			while (rightMost->_right)
			{
				rightMost = rightMost->_right;
			}

			_node = rightMost;
		} 
		else
		{
			// 孩子是父亲右的那个祖先
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent && cur == parent->_left)
			{
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}

			_node = parent;
		}

		return *this;
	}

	//返回的是数据的引用
	Ref operator*()
	{//隐式转换
		return _node->_kv;
	}

	//返回的是数据的地址a
	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_kv;
	}

	bool operator!=(const Self& sef) const 
	{
		return _node != sef._node;
	}

	bool operator==(const Self& sef) const 
	{
		return _node == sef._node;
	}
};

//红黑树实现

#if 0
	// 这里增加 KeyOfValue, 因为 map 中是 Key, Value; 取key 比较
#endif
template <class Key, class Value , class KeyOfValue>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<Value> Node;

public:
	typedef RBTreeIterator<Value, Value&, Value*> Iterator;
	typedef RBTreeIterator<Value, const Value&, const Value*> ConstIterator;
	KeyOfValue key;


	//实现迭代器
	Iterator Begin()
	{
		//整棵树的最左节点
		Node* leftMost = _root;
		while (leftMost && leftMost->_left)
		{
			leftMost = leftMost->_left;
		}

		return Iterator(leftMost,_root);

	}

	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr, _root);
	}

	ConstIterator Begin() const
	{
		//整棵树的最左节点
		Node* leftMost = _root;
		while (leftMost && leftMost->_left)
		{
			leftMost = leftMost->_left;
		}

		return Intreator(leftMost, _root);

	}

	ConstIterator End() const
	{
		return Iterator(nullptr, _root);
	}


	// 红黑树插入
	//红黑树插入过程画板上有展示, 插入节点必须是红的

	pair<Iterator,bool> Insert(const Value& kv)
	{
		//树为空 , 直接申请
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(kv);
			_root->_col = BLACK;
			return { Iterator(_root, _root), true };
		}

		//首先符合搜索树规则找插入位置

		//父亲记录  , 用于最后插入的链接
		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;

		//走到空位置插入
		while (cur)
		{
			if (key(kv) > key(cur->_kv)) // 这样的写法针对 map 可以但是 set 就不行了 ,但比较
				//                            的是 Key , 对于 map存的是 pair,pair的比较不符合要求
				//                            这里就写个仿函数
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (key(kv) < key(cur->_kv))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				//不允许键值冗余
				return { Iterator(cur, _root), false };
			}
		}

		//走到位置插入 -- cur 位置就是要插入的位置 , 此时 cur 为空
		cur = new Node(kv);
		cur->_col = RED;
		Node* newnode = cur;
		//新增节点与原链表链接
		if (key(kv) > key(parent->_kv))
			parent->_right = cur;
		else
			parent->_left = cur;

		//链接父亲
		cur->_parent = parent;
		////// 以上链接成功

		//插入情况 :
		//  1. 插入完父亲为黑就停止更新
		//  2. 插入完父亲为红 ---- cur 和 parent 为红就要继续处理

		//当父亲为红时继续处理
		while (parent && parent->_col == RED)
		{
			Node* grandfather = parent->_parent;
			//处理情况有 : 变色 , 单旋 + 变色 , 双旋 + 变色

			if (parent == grandfather->_left)
			{
				//    g
				//  p   u  
				Node* uncle = grandfather->_right;
				if (uncle && uncle->_col == RED) // uncle存在且为红
				{
					//单纯变色即可
					// parent 和 uncle 变黑 ,grandfather 变红
					parent->_col = BLACK;
					uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					//可能继续向上处理
					//再次更新
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				else
				{
					// uncle 不存在且为黑
					//需要旋转 + 变色

					//  g
					// p u
					//c  -- 右单旋 + 变色
					if (cur == parent->_left)
					{
						//单旋 + 变色
						//以 g 为旋转点右单旋
						RotateR(grandfather);
						//变色
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						//  g
						// p  u
						//  c 
						//左右双旋 + 变色
						//对 parent 左旋 , 对 grandfather 右旋
						RotateL(parent);
						RotateR(grandfather);

						//变色
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}

					//旋转完退出
					break;
				}
			}
			else
			{
				//   g
				// u   p 
				Node* uncle = grandfather->_left;

				if (uncle && uncle->_col == RED) // uncle存在且为红
				{
					//单纯变色即可
					// parent 和 uncle 变黑 ,grandfather 变红
					parent->_col = BLACK;
					uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					//可能继续向上处理
					//再次更新
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				else
				{
					if (cur == parent->_right)
					{
						//   g
						// u   p 
						//      c
						//单旋 + 变色
						//以 g 为旋转点右单旋
						RotateL(grandfather);
						//变色
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						//   g
						// u   p 
						//    c
						RotateR(parent);
						RotateL(grandfather);

						//变色
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
		}

		//根必须是黑色
		_root->_col = BLACK;

		return { Iterator(newnode, _root), true };
	}

	void RotateL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;
		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
			subRL->_parent = parent;

		Node* parentParent = parent->_parent;
		subR->_left = parent;
		parent->_parent = subR;
		if (parentParent == nullptr)
		{
			_root = subR;
			subR->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (parent == parentParent->_left)
			{
				parentParent->_left = subR;
			}
			else
			{
				parentParent->_right = subR;
			}
			subR->_parent = parentParent;
		}
	}

	void RotateR(Node * parent)
	{
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;

		parent->_left = subLR;
		if (subLR)
			subLR->_parent = parent;

		Node* pParent = parent->_parent;

		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;

		if (parent == _root)
		{
			_root = subL;
			subL->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (pParent->_left == parent)
			{
				pParent->_left = subL;
			}
			else
			{
				pParent->_right = subL;
			}

			subL->_parent = pParent;
		}
	}
	//红黑树迭代器实现

	
private:
	Node* _root = nullptr;
};


